三采用表面活性剂和聚合物的动态界面张力研究

摘要

在能源日趋紧张的情况下，提高原油采油率的三次采油已成为石油开采研究的重大课题。以表面活性剂和聚合物进行三次采油的方法得到人们的普遍关注。油水动态界面张力的特征是评价表面活性剂和聚合物在三次采油中性能的重要指标。因此，研究三次采油用表面活性剂和聚合物的动态界面张力具有重要的理论意义和实践意义。 本文首先对几种表面活性剂对各自区块和交叉区块的动态界面张力进行了研究，以了解不同表面活性剂对不同采油区块的动态界面张力情况。然后，通过三种石油磺酸盐对胜利油田三个采油区块油水体系的动态界面张力研究，建立了以最低界面张力、浓度窗口、时间窗口等参数来优选不同区块用表面活性剂的方法。 合成了两种阴离子型石油磺酸盐、非离子型失水山梨醇单油酸酯和季铵盐型双子表面活性剂，研究了它们对不同采油区块的动态界面张力情况。并考察了两种石油磺酸盐复配和失水山梨醇单油酸酯与Tween80复配情况下的动态界面张力。结果表明，两种石油磺酸盐复配和失水山梨醇单油酸酯与Tween80复配能够产生正的协同效应，在不同区块油水体系中油水动态界面张力达到10-3mN/m的超低界面张力值。双子表面活性剂具有较好的界面活性，单独使用在浓度0．1％～0．8％范围内，油水界面张力稳定值都在10-3mN/m数量级以下的超低界面张力值。 考察盐、碱、助剂、聚合物对表面活性剂的动态界面张力的影响。受到表面活性剂与聚合物的相互作用的启发，合成一种既具有表面活性又能提高波及效率的木质素磺酸盐/丙烯酸接枝共聚聚合物。考察其反应条件对其粘度的影响，确定了合成工艺参数。并考察了共聚物单独使用和与石油磺酸盐复配使用的油水动态界面张力情况。结果表明，其单独使用效果不明显；而复配使用，能够使三个采油区块的油水界面张力稳定值降低到10-3mN/m。 根据失水山梨醇单油酸酯的合成和双子表面活性剂的结构与界面性能，制备改性纳米二氧化硅和有机硅．无机硅纳米复合物，并对其进行了结构和形貌的表征。发现它们是一种具有多个亲油基团和多个亲水基团的多亲多疏的新型表面活性剂。考察这种新型表面活性剂与石油磺酸盐复配时对油水动态界面张力的影响情况。结果表明，在合适复配条件下，能够有效降低油水界面张力值至10-3mN/m甚至更低。并研究了其作用机理。 最后，把均匀实验设计方法应用于表面活性剂复配上，利用数理统计软件SAS建立多元回归方程，根据多元回归方程对实验进行预测与指导。结果表明，均匀实验设计在不影响优选效果的情况下，能够明显地减少实验次数，既节省时间又节约实验费用，与传统的实验方法相比具有明显的优越性。 本论文的主要创新点包括：通过动态界面张力的特征参数进行表面活性剂优选的实验方法；合成一种既具有表面活性又能提高波及效率的木质素磺酸盐/丙烯酸接枝共聚聚合物；制备一种具有多个亲油基团和多个亲水基团的多亲多疏的新型表面活性剂；在表面活性剂的复配配比确定过程中，利用均匀实验设计这一高效、简化的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1 引言

1.1 三次采油基本原理

1.1.1 基本概念

1.1.2 波及效率的影响因素

1.1.3 驱油效率的影响因素

1.2 表面活性剂驱油原理

1.2.1 降低油水界面张力机理

1.2.2 乳化机理

1.2.3 聚并形成油带机理

1.2.4 润湿反转机理

1.2.5 提高表面电荷密度机理

1.2.6 改变原油的流变性机理

1.3 聚合物驱油原理

1.3.1 聚合物驱油的基本原理

1.3.2 聚合物驱油的影响因素

1.3.3 聚合物驱应注意的问题

1.4 表面活性剂与聚合物的相互作用

1.4.1 表面活性剂与聚合物的相互作用概述

1.4.2 表面活性剂与聚合物体系的性质

1.4.3 表面活性剂与聚合物相互作用机理

1.5 超低界面张力的形成机理

1.5.1 基本概念

1.5.2 R平衡值理论

1.5.3 影响因素

1.5.4 超低界面张力的测量技术

1.6 三次采油国内外研究现状

1.6.1 概述

1.6.2 表面活性剂驱国内外研究现状

1.6.3 聚合物驱国内外研究现状

1.7 动态界面张力的研究现状

1.7.1 动态界面反应模型

1.7.2 动态界面张力的浓度窗口与时间窗口

1.7.3 动态界面张力研究进展

1.8 本文主要研究内容

2 几种表面活性剂的动态界面张力研究

2.1 前言

2.2 几种石油磺酸盐的动态界面张力

2.2.1 实验药品、体系和仪器

2.2.2 测试对象和条件

2.2.3 结果和讨论

2.3 几种石油磺酸盐对不同采油区块的动态界面张力

2.3.1 实验药品、体系和仪器

2.3.2 测试对象和条件

2.3.3 结果和讨论

2.4 不同采油区块注入水的成分分析及孤岛馆三体系调整结果

2.5 本章结论

3 几种表面活性剂的合成及其动态界面张力研究

3.1 前言

3.2 石油磺酸盐的合成及其动态界面张力研究

3.2.1 实验部分

3.2.2 结果和讨论

3.3 失水山梨醇单油酸酯的合成及其动态界面张力研究

3.3.1 实验部分

3.3.2 结果和讨论

3.4 双子表面活性剂的合成及其动态界面张力研究

3.4.1 实验部分

3.4.2 结果和讨论

3.5 本章结论

4 盐、碱、助剂、聚合物对动态界面张力的影响

4.1 前言

4.2 氯化钠对油水动态界面张力的影响

4.2.1 实验部分

4.2.2 结果和讨论

4.3 硅酸钠对油水动态界面张力的影响

4.3.1 实验部分

4.3.2 结果和讨论

4.4 复碱对油水动态界面张力的影响

4.4.1 实验部分

4.4.2 结果和讨论

4.5 助剂对油水动态界面张力的影响

4.5.1 实验部分

4.5.2 结果和讨论

4.6 聚合物对油水动态界面张力的影响

4.6.1 实验部分

4.6.2 结果和讨论

4.7 本章结论

5 木质素磺酸盐/丙烯酸接枝共聚物的合成及其动态界面张力研究

5.1 前言

5.2 木质素磺酸盐/丙烯酸接枝共聚物的合成

5.2.1 原料与仪器

5.2.2 合成步骤

5.2.3 反应原理

5.2.4 反应流程

5.3 木质素磺酸盐/丙烯酸接枝共聚物的红外分析

5.4 反应条件对接枝共聚物溶液粘度的影响

5.4.1 反应温度和反应时间的影响

5.4.2 引发剂用量的影响

5.4.3 丙烯酸用量的影响

5.5 接枝共聚物的动态界面张力

5.5.1 油水体系

5.5.2 动态界面张力的测量

5.5.3 结果和讨论

5.6 本章结论

6 改性纳米硅材料的制备及其动态界面张力研究

6.1 前言

6.2 纳米二氧化硅表面改性的途径

6.3 实验部分

6.3.1 实验药品

6.3.2 实验仪器

6.3.3 油水体系

6.3.4 制备步骤

6.4 结果和讨论

6.4.1 改性纳米二氧化硅的表征与反应机理

6.4.2 有机硅-无机硅纳米复合物的表征与反应机理

6.4.3 动态界面张力测定

6.4.4 纳米材料降低油水界面张力的机理

6.5 本章结论

7 均匀实验设计方法在表面活性剂复配上的应用

7.1 前言

7.2 实验部分

7.2.1 药品、仪器和体系

7.2.2 均匀设计表的选择

7.3 结果和讨论

7.3.1 在石油磺酸盐与有机硅-无机硅纳米复合物复配上的应用

7.3.2 在两种石油磺酸盐复配上的应用

7.4 本章结论

8 结论

参考文献

作者简历